Phương pháp neutron neutron được thực hiện theo nguyên tắc bắn phá môi trường nghiên cứu xung quanh giếng khoan bằng một luồng các neutron nhanh và đo ghi neutron có năng lượng thấp (E <1eV), kịp tới detector trước khi có thể bị một số nguyên tố trong môi trường chiếm giữ. Dựa vào mức năng lượng mà detector thu nhận mà người ta chia ra làm 2 loại
a. Phương pháp Neutron Neutron trên nhiệt:
Các neutron có năng lượng trong khoảng 0,1 < En < 100eV trong kỹ thuật gọi là các neutron trên nhiệt (epithermal neutron). Và phương pháp neutron – neutron trên nhiệt là phương pháp đo ghi neutron ở trạng thái này
Sơ đồ thiết bị đo neutron neutron trên nhiệt có nguyên lý tương tự như khi đo neutron neutron nhiệt chỉ khác là detector đếm các neutron trên nhiệt
Khi đo neutron neutron trên nhiệt người ta cũng dùng ống đếm chứa khí hay ống đếm nhấp nháy nhưng để làm cho các óng đếm này chỉ nhạy với neutron trên nhiệt thì người ta dùng màn chắn Cadmi(Cd) để nguyên tố này hấp thụ hết neutron nhiệt và sau đó giam bớt năng lượng của neutron trên nhiệt để biến thành neutron nhiệt.
36
Phương pháp này đo ghi neutron ở trạng thái nhiệt. Và ở trạng thái nhiệt thì các neutron ít thay đổi năng lượng và khuếch tán lan tỏa trong môi trường cho đến khi bị bắt giữ.
Sơ đồ nguyên lý phương pháp này cũng gần gống với phương pháp neutron – gamma. Nhưng detector D là loại ống chỉ đếm neutron nhiệt mà không phải gamma chiếm giữ
Hydro đóng vai trò chính trong quá trình làm chậm các neutron nhanh. Chính vì thế sự thay đổi mật độ các neutron nhiệt theo khoảng cách từ nguồn S đến detector D sẽ thể hiện sự thay đổi hàm lượng hydro trong môi trường. tuy nhiên mật độ neutron nhiệt trong môi trường còn chịu ảnh hưởng độ khoáng hóa nước vỉa hay thành phần muối khoáng trong đó
Cũng giống như phương pháp Neutron Gamma, đối với những vỉa mà thành phần hoá học có nhiều Hidro thì phương pháp Neutron Neutron nhiệt biểu hiện thấp. Tuy nhiên Neutron Neutron nhiệt rất nhạy cảm đối với Cl cho nên đường cong Neutron Neutron nhiệt phụ thuộc rất nhiều vào độ khoáng hóa nước vỉa và dung dịch của giếng khoan.
Ưu điểm của phương pháp neutron neutron trên nhiệt so với phương pháp neutron neutron nhiệt là:
Kết quả đo ít phụ thuộc vào các nguyên tố co tiết diện bắt giữ lớn như Clore hay
phương pháp này không nhạy với độ khoáng hóa của nước vỉa và dng dịch khoan
Kết quả đo chỉ phụ thuộc vào hàm lượng hydro trong các lớp đất đá ở thành giếng
khoan cho nên khả năng tính độ rỗng đá chứa có độ chính xác cao hơn
Nhược điểm:
Khoảng cách Ln-nep (từ nguồn S đến detector) ngắn hơn so với phương pháp neutron
neutron nhiệt để mật độ neutron trên nhiệt đủ lớn để có số đếm lớn và giảm sai số. Tuy nhiên chính vì thế nên phương pháp Neutron Neutron trên nhiệt có bán kính hoạt động nhỏ.
c. Các máy đo dùng trong phương pháp neutron
Các công ty dịch vụ đều có thiết kế riêng máy giếng để đo các phương pháp neutron. Sau đây là một số kiểu máy đo trong giếng khoan của công ty schlumberger
GNT (Gamma ray/neutron tool) có một detector đo các gamma chiếm giữ. Phép đo dung f đơn vị API
37
SNP ( sidewall neutron porosity tool) đo các neutron trên nhiệt. Nguồn và detector gắn trên tấm đệm tỳ vào thành giếng khoan. Thiết bị tính dựa vào đường cong hiệu chỉnh (hình 9) chuyển đổi trực tiếp từ đơn vị xung/giây ra đơn vị độ rỗng đá vôi.
CNT (compensated Neutron tool) dùng loại máy giếng có hai detector để loại trừ sự ảnh hưởng của giếng khoan như đường kính thay đổi hay lớp mùn khoan (mudcake). Các số đếm xung xa và gần được đưa lên máy trên mặt đất và chuyển sang đơn vị độ rỗng cho các nền xương đá khác nhau.
TDT (Thermal Decay time) dùng máy phát xung neutron chiếu xạ vào môi trường đất đá các neutron có năng lượng cao (14MeV). Trng khoảng thời gian giữa hai xung phát tiến hành đo neutron nhiệt và tính thời gian sống trung bình của chúng. Thời gian sống trung bình của Neutron trong chân không là 13 phút tuy nhiên trong đất đá ngắn hơn rất
38
nhiều. Chúng còn phụ thuộc vào clore chúng có tiết diện bắt giữ cao. Nhưng chỉ có trong nước vỉa không có trong dầu khí.
d) Minh giải và xử lý tài liệu nơtron nhiệt
Như trên ta thấy chỉ số đo được của phương pháp nơtron nhiệt tỉ lệ với hàm lượng hydro chứa trong đá. Chính vì vậy chỉ số đo được của phương pháp nơtron nhiệt thường được gọi là hàm lượng hydro đo được. Đối với sét hàm lượng hydro thường có giá trị cao hơn cả bởi xung quanh hạt sét, do diện tích bề mặt riêng rất lớn, nên hàm lượng nước liên kết khá cao. Cát kết càng rắn chắc, đá granite nguyên sinh, đá vôi thường có hàm lượng hydro thấp. Đá càng rắn chắc độ rỗng càng thấp thì hàm lượng hydro càng thấp. Xuất phát từ đặc tính đó đường cong nơtron nơtron có thể góp phần vào việc phân chia các lớp đất đá có thành phần thạch học khác nhau hoặc có độ rỗng khác nhau. Hàm lượng hydro đo được là tổng hàm lượng hydro chứa trong khung đá, trong khoáng vật sét và trong lỗ hổng của đá. Chính vì vậy hàm lượng hydro đo được phân bố theo phương trình sau:
Wx = Wf . + Wsh . Vsh + Wma . (1 – Vsh – )
Trong đó Wx, Wf , Wsh và Wma là hàm lượng hydro đo được, chất lưu, khoáng vật sét và
khung đá tương ứng;
và Vsh - độ rỗng và hàm lượng sét chứa trong vỉa.
Từ công thức trên ta có công thức xác định độ rỗng bằng phương pháp nơtron nơtron như sau:
= (Wx - Wma )/(Wf – Wma ) – Vsh . (Wsh - Wma )/(Wf – Wma )
Wma , Wsh , Wf được xác định trong phòng thí nghiệm. Đối với đá vôi Wma = 0, đối với
cát kết Wma thường bằng –0,01 hoặc –0,015. Wf tuỳ thuộc vào hàm lượng muối của nước vỉa. Tính toán cho ta kết quả: đối với nước ngọt Wf = 1, đối với nước vỉa có độ khoáng hoá không cao lắm Wf = 0,991. Wsh = 0,35 – 0,40.
Đường cong nơtron nhiệt đo trong giếng chống ống cần phải được hiệu chỉnh bởi ảnh hưởng của ống chống và vành xuyến xi măng. Đường kính giếng khoan không chuẩn cũng là yếu tố cần phải được hiệu chỉnh bởi ảnh hưởng của điều kiện giếng lên giá trị đo.
39
